説明

液晶表示装置

【課題】 光の照射の均一性を確保でき、軽量で、コスト低減が図れるバックライトを備える液晶表示装置の提供。
【解決手段】 液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に該液晶表示パネルと対向して配置されるバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、前記液晶表示パネルと対向する内面に光反射処理がなされた箱状の筐体と、
該筐体内に、前記液晶表示パネルの液晶表示領域と対向する領域の外方に該領域から距離を有して位置づけられ、かつ、前記バックライトの厚み方向に前記液晶表示パネルと間隙を有して配置される光源体を備え、
前記光源体は、線状光源と、該線状光源を被って形成される光反射板とから構成され、前記光反射板は、前記液晶表示パネルと直交する面に指向する開口を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は液晶表示装置に係り、特に、バックライトを備える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示パネルは、液晶を挟持して対向配置される一対のたとえばガラスからなる基板を外囲器として構成されている。
【0003】
そして、それぞれの前記基板の液晶側の面にはマトリックス状に配置された画素が前記液晶を一構成要素として形成されている。
【0004】
各画素は、当該画素の液晶にそれぞれ独立に電界を生じせしめるように構成され、当該画素の液晶は前記電界の強弱にともなって光透過率を変化するようになっている。
【0005】
このため、液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの背面にバックライトを備えるようになっているのが通常となっている。
【0006】
液晶表示パネルPNLの各画素には、前記バックライトからの光が照射され、各画素を透過する光を通して観察者に映像を認識させるようになっている。
【0007】
バックライトとしては、たとえば、液晶表示パネルとほぼ同じ大きさの導光板を該液晶表示パネルと対向させて配置させ、該導光板の少なくとも一辺における側壁面に該辺に沿って延在する冷陰極線管を配置させたものが知られている。
【0008】
このような構成のバックライトは、該冷陰極線管からの光を導光板の前記側壁面から入力させ前記液晶表示パネルに対向する面から該液晶表示パネルへ向けて出射させている。
【0009】
このようなバックライトを備える液晶表示装置は、たとえば、下記特許文献1に開示がなされている。
【特許文献1】特開平9−5737号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、このような構成からなる液晶表示装置は、そのバックライトとして液晶表示パネルとほぼ同じ大きさのたとえば樹脂材からなる導光板を使用していることから、比較的重量が大きく、また、コストの上昇を免れ得なかった。
【0011】
それゆえ、光の照射の均一性を確保できるとともに、重量が少なく、コストの低減が図れるバックライトの出現が望まれ、このような要望は、たとえばアミューズメント向けの液晶表示装置において顕著となるに至っている。
【0012】
本発明の目的は、光の照射の均一性を確保でき、軽量で、コスト低減が図れるバックライトを備える液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0014】
(1)本発明による液晶表示装置は、たとえば、 液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に該液晶表示パネルと対向して配置されるバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、可視光を反射する内壁面を有する空洞状の筐体と、該筐体内に、前記液晶表示パネルの表示領域よりも外方に距離を有して位置づけられた光源体を備え、
前記光源体は、線状光源と該線状光源を破って形成される光反射板とから構成され、前記光反射板は、前記液晶表示パネルと直交する面に開口を備えることを特徴とする。
【0015】
(2)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、 前記光源体は、前記液晶表示パネルと間隙を有して配置されることを特徴とする。
【0016】
(3)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、 前記光反射板は、その開口においてレンズを備えることを特徴とする。
【0017】
(4)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、 前記光反射板は、その開口において光学フィルタを備えることを特徴とする。
【0018】
(5)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、 液晶表示パネルとバックライトの間に光学フィルムが配置されていることを特徴とする。
【0019】
(6)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、前記光学フィルムの有効機能領域が、液晶表示パネルの表示領域の外方に距離を有して位置づけられていることを特徴とする。
【0020】
(7)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、前記光学フィルムは、印加電圧を制御することで光散乱特性を制御できる液晶セルを含んで形成されていることを特徴とする。
【0021】
(8)本発明による液晶表示装置は、たとえば、液晶表示パネルと、この液晶パネルの背面側に配置されたバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは光源と、空洞状の筐体とを有し、
前記筐体は前面側に光を出射する前面側開口と背面側に光を出射する背面側開口とを有し、
前記光源は前記筐体の前面開口よりも外側に収容されていることを特徴とする。
【0022】
(9)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(8)の構成を前提とし、前記液晶パネルと前記バックライトの間には光拡散層を有することを特徴とする。
【0023】
(10)本発明による液晶表示装置は、たとえば、(8)の構成を前提とし、前記光学フィルムは、印加電圧を制御することで光散乱特性を制御できる液晶セルを含んで形成されていることを特徴とする。
【0024】
なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【発明の効果】
【0025】
このように構成した液晶表示装置は、光の照射の均一性を確保でき、軽量で、コスト低減が図れるバックライトを備えたものとして構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
以下、本発明による液晶表示装置の実施例を図面を用いて説明をする。
【0027】
〈全体の概略構成〉
図1は、本発明による液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。図1は図2のI−I線における箇所の断面に相当している。
【0028】
図1において、該液晶表示装置は、観察者側から、液晶表示パネルPNL、光学シートOS、およびバックライトBLが順次配置されている。
【0029】
液晶表示パネルPNLは、一対の平行配置されたたとえばガラスからなる基板SUB1、SUB2を外囲器とし、これら各基板SUB1、SUB2の間に液晶(図示せず)が介在されて構成されている。
【0030】
前記基板SUB1、SUB2の液晶側の面には、マトリックス状に配置された画素(図示せず)が前記液晶を一構成要素として形成され、これら各画素に当該液晶の光透過率を制御できるようになっている。
【0031】
前記液晶表示パネルPNlの画素を駆動するたとえば半導体装置SC(V)が基板SUB1の基板SUB2が配置されていない面に搭載され、該半導体措置SC(V)等は後述のフレーム(図中、符号UFR、MFR、DFRで示す)の外側に配置される制御回路からなるプリント基板PBにフレキシブル基板FBを介して接続されている。
【0032】
液晶表示パネルPNLのそれぞれの画素には、後述のバックライトBLからの光が照射され、各画素を透過する光を通して観察者に映像を認識させるようになっている。この液晶表示パネルPNLの構成は後に詳述する。
【0033】
そして、液晶表示パネルPNLの背面には、たとえば拡散シート、プリズムシート、あるいはこれらの積層体からなる光学シートOSを介してバックライトBLが配置されている。光学シートOSは、バックライトBLからの光を拡散、あるいは集光させたりして液晶表示パネルPNL側へ導くようになっている。
【0034】
バックライトBLは、後述する下フレームDFRを筐体とし、この下フレームDFRの内部に光源体LBを配置させて構成され、前記液晶表示パネルPNLと平行な面内において均一な輝度を有する面光源として機能するようになっている。このバックライトBLの構成は後に詳述する。
【0035】
また、液晶表示装置は、前記液晶表示パネルPNL、光学シートOS、およびバックライトBLを、上フレームUFR、中フレームMFR、下フレームDFRによってモジュール化させて構成されている。
【0036】
すなわち、たとえば、前記液晶表示パネルPNLは中フレームに載置され、光学シートOSは該中フレームMFRとこの中フレームMFRに固定される下フレームDFRとの間に挟持され、前記液晶表示パネルPNLの液晶表示領域ARを露出させる窓WDが形成された上フレームUFRは前記中フレームMFRに固定されている。
【0037】
〈液晶表示パネル〉
図2は、図1に示した液晶表示装置を平面的に観た図で、前記液晶表示パネルPNLとバックライトBLを示し、上フレームUFR、中フレームMFR、光学シートOS、プリント基板PBは省略して示している。
【0038】
図2に示す液晶表示パネルPNLは、マトリックス状に配置された画素の集合体からなる液晶表示領域AR(図中一点鎖線枠で囲まれた領域)が示されている。
【0039】
この液晶表示領域ARは、基板SUB1に対する基板SUB2の固定を兼ね、該基板SUB1、SUB2の間の液晶を封入させるための環状シール材(図示せず)の内側に形成される領域となっている。
【0040】
液晶表示パネルPNLの少なくとも前記液晶表示領域ARには、後述のバックライトBLからの光が全域にわたって照射され、各画素を透過する光を通して観察者に映像を認識させるようになっている。
【0041】
液晶表示パネルPNLにおいて、観察者側に対して後方に配置された基板SUB1はたとえばその図中左側辺および上側辺に基板SIUB2から露出した部分を有し、これらの部分に半導体装置SC(V)、SC(He)が搭載されている。
【0042】
半導体装置SC(V)は基板SUB1の図中左側辺に複数並設されて走査信号駆動回路を構成し、半導体装置SC(He)は基板SUB1の図中上側辺に複数並設されて映像信号駆動回路を構成している。
【0043】
なお、これら半導体装置SC(V)、および半導体装置SC(He)には図1に示した制御回路からなるプリント基板PB側から信号が入力されるようになっている。
【0044】
マトリックス状に配置された各画素において、前記走査信号駆動回路によって列方向(図中x方向)に配列された各画素からなる画素群の一つが選択され、この選択のタイミングに合わせて、該画素群の各画素には前記映像信号駆動回路から映像信号が供給されるようになっている。
【0045】
このような駆動を行うため、各画素には画素電極を含む一対の電極が形成されているほかに、画素選択用の薄膜トランジスタが形成されている。
【0046】
〈バックライト〉
バックライトBLは、内部に光源体LBを配置させた筐体を有し、この筐体は前記下フレームDFRを兼ねた構成となっている。
【0047】
該下フレームDFRは空洞状からなり、液晶表示パネルPNLの側において開口部を有して形成されている。
【0048】
前記下フレームDFRは、その開口部における面積が、液晶表示パネルPNLの面積とほぼ同じになっており、該液晶表示パネルPNLと対向する内面(底面、内壁面)の全域には、光反射シートRSが載置されている(図1参照)。後述の光源体LBからの光を該光反射シートRSで反射させ、その反射光を前記液晶表示パネルPNL側に導くためである。このため、下フレームDFRの内面において、必ずしも反射シートRSを載置することに限定はされず、他の方法からなる光反射機能が施されていればよい。
【0049】
前記光源体LBは、図2に示すように、前記液晶表示パネルPNLのたとえば走査信号駆動回路からなる前記半導体装置SC(V)が載置された辺側における下フレームDFRの内壁面に、前記液晶表示パネルPNLの前記辺方向(図中y方向)に延在されて形成されている。
【0050】
そして、前記光源体LBは、図1に示すように、該下フレームDFRの開口部から該下フレームDFRの厚み方向(下フレームの底面に向かって)に距離a'を隔てた個所に固定されて配置されている。
【0051】
また、前記光源体LBは、図2に示すように、平面的に観た場合、前記液晶表示パネルPNLの液晶表示領域ARの内側に侵入して配置されることなく、該液晶表示領域AR外方に該領域から距離bを有して配置されるようになっている。後述するように、光源体LBからの光が液晶表示領域ARに至るのにある程度の距離を確保し、輝度を下げるためである。
【0052】
前記光源体LBは、該光源体LBの延在方向に延在するたとえば冷陰極線管等からなる線状光源LLと、この線状光源LLを被って形成される反射板RBから構成されている。
【0053】
前記反射板RBは、前記線状光源LLの長手方向と直交する面内における断面がたとえば"コ"字状となっており、前記液晶表示パネルPNLと直交する面に指向する開口OPを有するように構成されている。
【0054】
反射板RBの前記開口OPを前記液晶表示パネルPNLと直交する面に指向させたのは、前記線状光源LLからの直接の光が液晶表示パネルPNLに照射されるのを回避させ、輝度が必要以上に大きくなるのを防止するためである。
【0055】
これにより、前記光源体LBの線状光源LLからの光は、直接に下フレームDFR内に照射される光と前記反射板RBによって反射された光が混在されて反射板RBの開口OPから照射され、さらに、下フレームDFRの内面に載置される光反射シートRSにより反射回数の異なる種々の反射光を含んで液晶表示パネルPNL側に照射されるようになる。
【0056】
このため、液晶表示パネルPNLに照射される光は乱反射された光で、その輝度は液晶表示領域ARの全域においてほぼ均一となる。
【0057】
そして、上述したバックライトBLの構成において、図3に示すように、前記光源体LBを下フレームDFRの開口部からの間隙a'(この場合、該間隙a'は、液晶表示パネルPNLからの間隙aとほぼ等しいとみなすことができる)を大きくとることにより、液晶表示パネルPNLの液晶表示領域ARの光源体LB側の端部e に直接に到達する前記光源体LBからの出力光において、その角度θは急峻に、距離Lは長くなるようになる。
【0058】
反射板RBの開口OPからの出力光の分布は、前記角度θが大きく、前記距離Lが長くなる程弱くなるので、前記端部eの輝度を下げることができる。
【0059】
したがって、このように、液晶表示パネルPNLの液晶表示領域ARにおいて、前記光源体LBの近端部(前記端部eの部分)の輝度を下げると、遠端部に到達できる前記光源体LBの出力光を相対的に強めることができるので、該液晶表示領域ARに照射される光の分布の均一性を向上さることができる。
【0060】
このように構成されたバックライトBLは、少なくとも液晶表示パネルPNLの液晶表示領域ARに対向する部分において、図1に示すように、空隙部SPを有し、この空隙部SPから外れたたとえば下フレームDFRのたとえば内壁面に光源体LBが配置される構成となっている。
【0061】
このため、たとえば従来のバックライトと比較して、導光板を必要としなくなるので、軽量で、コスト低減が図れる構成とすることができる。
【0062】
〈他の実施例〉
上述した実施例では、光源体LBは線状光源LLと反射板RBで構成したものである。しかし、図4に示すように、反射板RBの開口OPにレンズLSを配置させるように構成してもよい。あるいは、レンズLSを形成する屈折体の分光透過特性を調整して、レンズLSに光学フィルタとしての機能を持たせても良い。このレンズLSを配置させることにより、液晶表示パネルPNLの液晶表示領域ARに照射される光の色調と輝度の分布の調整が可能となり、さらに輝度の均一な光照射を液晶表示パネルPNLへ行うことができるからである。
【0063】
上述した実施例では、光源体LBは、平面的に観た下フレームの一辺側のみに配置させたものである。しかし、前記光源体LBは、この光源体LBとは別の光源体を前記一辺と対向する他の辺、あるいは前記一辺と対向することのない他の辺においても配置させるように構成してもよい。
【0064】
液晶表示パネルPNLが大型化することによって、複数の光源体を必要となってくる場合があるからである。なお、この場合において、各光源体は液晶表示パネルPNLの液晶表示領域ARと対向する領域の外側に配置させることは上述した説明どおりである。
【0065】
図5は本発明の他の実施例による液晶表示装置の断面図、図6は平面図である。
【0066】
図5の液晶表示装置は、液晶パネルPNLと、この液晶パネルPNLの背面側に配置されたバックライト組立BLを有する。
【0067】
液晶パネルPNLは薄膜トランジスタを形成した第1基板SUB1と、カラーフィルタを形成した第2基板SUB2と、第1基板と第2基板に挟まれた液晶材とを備えている。また第2基板SUB2は前面側に配置され、第1基板はバックライト側に配置される。
【0068】
バックライト組立BLは光源と、光源を収容する筐体とを備えている。
【0069】
筐体は前面側に光を出射する前面側開口と背面側(液晶パネルと反対側)に光を出射する背面側開口とを有する。背面側開口を設けることで、バックライトの背面に構造物または背景を配置することができる。即ち、パネル前面側にいる観察者はバックライトより後方に配置した構造物または背景を観察できる。また、背面側に開口を有することで、一つのバックライト組立BLで液晶パネルとバックライト後方の構造物(又は背景)の両方を照射できる。
【0070】
観察者から光源LLが見えないように、光源LLは筐体の前面開口よりも外側に収容されている。
【0071】
液晶パネルとバックライトの間には光拡散層LDLを配置してある。光拡散層LDLによって、輝度の斑を抑制し、液晶パネルを均一に照射する光を供給している。
【0072】
拡散層は光透過状態と光拡散状態が切り替え可能にすると良い。光透過状態と光拡散状態が切り替え可能な物として、ポリマーネットワーク液晶がある。ポリマーネットワーク液晶は、例えば特開2004−125962号公報に記載されたのもがある。ポリマーネットワーク液晶は、印加電圧を制御することで光散乱特性を制御できる。
【0073】
光透過状態と光拡散状態が切り替え可能な層を有することで、液晶パネルの表示が明るくでき、且つ、バックライト後方の構造物の表示も明るくできる。すなわち、液晶パネルに画像を表示するときにバックライトの光を拡散させることで、液晶パネルに画像を表示するときに良好な面光源となる。また、光透過状態にした場合、背面側開口があるので、観察者は構造物(又は背景)観察できる。
【0074】
観察者から光源LLが見えないようにするために光源LLは液晶パネルの有効領域よりも十分に外側に配置する必要がある。また、バックライトは、液晶パネルの表示領域に光を照射するための光出射部と、光出射部のよりも外側に配置された光源を有し、バックライト組立は液晶パネルの表示領域よりも大きい光出射口を備える。
【0075】
液晶パネルの有効領域(画像表示領域)の径AR1は光拡散層の有効領域の径AR2より小さい。また、液晶パネルの有効領域(画像表示領域)の径AR1は筐体DFRの前面側開口径AR3より小さい。即ち、各径はAR1<AR2、且つAR1<AR3の関係にある。なお、本実施例では水平方向の径について説明したが、垂直方向の径も同じ関係にある。このように構成することで、観察者はバックライトBLを観察できない。
【0076】
本実施例におけるシャッター液晶の有効領域は、液晶パネルの有効領域よりも上下左右約1mm大きくした。また、前面側開口の径と背面側開口の径とは同じ大きさに設定してある。このように構成することで、液晶パネルに画像を表示したときに、バックライトに起因する輝度斑を抑制することができる。
【0077】
また、図6のバックライトは前面側と背面側に光を透過させるための開口を有し、開口を囲んで光源を配置した。図6の構造に限らず、液晶表示装置の短辺または長辺に沿って光源を配置しても良い。また光源は冷陰極管でもよく、LEDを長辺または短辺に沿って並べてもよい。
【0078】
上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【0079】
【図1】本発明による液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図2】本発明による液晶表示装置の一実施例を示す平面図で、液晶表示パネルとバックライトのみを示した図である。
【図3】本発明による液晶表示装置のバックライトにおいて輝度の均一な光が得られる理由を説明する説明図である。
【図4】本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す要部構成図である。
【図5】本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す断面図である。
【図6】本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
【0080】
PNL……液晶表示パネル、OS……光学シート、BL……バックライト、SUB1、SUB2……基板、SC(V)……半導体装置(走査信号駆動回路)、SC(He)……半導体装置(映像信号駆動回路)、AR……液晶表示領域、PB……プリント基板、FB……フレキシブル基板、UFR……上フレーム、MFR……中フレーム、DFR……下フレーム(バックライトの筐体)、LB……光源体、LL……線状光源、RB……反射板、OP……開口。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に該液晶表示パネルと対向して配置されるバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、可視光を反射する内壁面を有する空洞状の筐体と、該筐体内に、前記液晶表示パネルの表示領域よりも外方に距離を有して位置づけられた光源体を備え、
前記光源体は、線状光源と該線状光源を破って形成される光反射板とから構成され、前記光反射板は、前記液晶表示パネルと直交する面に開口を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項2】
前記光源体は、前記液晶表示パネルと間隙を有して配置されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項3】
前記光反射板は、その開口においてレンズを備えることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項4】
前記光反射板は、その開口において光学フィルタを備えることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項5】
液晶表示パネルとバックライトの間に光学フィルムが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項6】
前記光学フィルムの有効機能領域が、液晶表示パネルの表示領域の外方に距離を有して位置づけられていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項7】
前記光学フィルムは、印加電圧を制御することで光散乱特性を制御できる液晶セルを含んで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項8】
液晶表示パネルと、この液晶パネルの背面側に配置されたバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは光源と、空洞状の筐体とを有し、
前記筐体は前面側に光を出射する前面側開口と背面側に光を出射する背面側開口とを有し、
前記光源は前記筐体の前面開口よりも外側に収容されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項9】
前記液晶パネルと前記バックライトの間には光拡散層を有することを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
【請求項10】
前記光学フィルムは、印加電圧を制御することで光散乱特性を制御できる液晶セルを含んで形成されていることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2009−168962(P2009−168962A)
【公開日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−5219(P2008−5219)
【出願日】平成20年1月15日(2008.1.15)
【出願人】(502356528)株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Fターム(参考)】